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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Warmwasserversorgung,
die einen Warmwasserbereiter, eine Abzapfleitung zum Transport von
Wasser von besagtem Warmwasserbereiter zu einem Abzapfpunkt und
ein wärmeisoliertes
Speichergefäß zum Speichern
von aus besagtem Warmwasserbereiter transportiertem Warmwasser umfasst,
und dieses Speichergefäß ist mit
besagter Abzapfleitung in der Nähe
des Abzapfpunkts verbunden.
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US-A-5072717
beschreibt eine Anordnung, in der ein gerade vor einem Abzapfpunkt
installiertes Speichergefäß eine kleine
Menge Wasser speichert und es auf der Temperatur eines Warmwasserbereiters
hält. Wenn
der Abzapfpunkt geöffnet
wird, wird zuerst das Wasser aus dem Speichergefäß entzogen, während das
abgekühlte
Wasser, das sich stationär
in der von dem Warmwasserbereiter kommenden Leitung befand, das
Speichergefäß wieder
füllt. Wenn
das kalte Wasser aus der Leitung entfernt ist, wird eine Umleitung
um das Speichergefäß hergestellt
und das in ihm gespeicherte Wasser langsam dem Warmwasserstrom zum
Abzapfpunkt zugemischt.
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Patent
Abstracts of Japan, Vol. 007, Nr. 240 (M-251) beschreibt eine Anordnung,
in der das Speichergefäß in eine
Umgehungsleitung einer Wasserzuleitung so nahe wie möglich an
einem Abzapfpunkt aufgenommen ist, um Warmwasser zu speichern und um
darin gespeichertes Wasser mit Wasser aus der Zuleitung zu mengen.
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Obwohl
bei diesen Anordnungen gemäß dem bekannten
Stand der Technik Warmwasser bei der Wasserentnahme am Abzapfpunkt
sofort verfügbar
ist, haben diese Anordnungen insofern einen Nachteil, als sie die
Ursache von Energie- und Wasserverlust sind, und dieser Verlust
entsteht durch Abkühlung
von Warmwasser, das nach erstem Abzapfen von Wasser an einem Abzapfpunkt
in der Abzapfleitung zurückbleibt,
was zu einem Energieverlust und schließlich zu einem Wasserverlust
führt. Solche
sogenannten Abzapfverluste können,
abhängig
von der Länge
der Abzapfleitung und der Abzapffrequenz, pro Jahr einen erheblichen
Umfang annehmen. Die potenziellen Kosten der Abzapfverluste in Wohnungen
werden außerdem
noch durch die Maßnahme
verzerrt, dass man danach strebt, Abzapfleitungen durch Installieren
eines zweiten Warmwasserbereiters (zum Beispiel eines Küchendurchlauferhitzers
oder Elektroboilers) in der unmittelbaren Nähe eines Abzapfpunktes kurz
zu halten. Das Installieren eines zweiten Warmwasserbereiters erhöht in der
Tat den Komfort des Verbrauchers, der nur eine kurze Zeit zu warten
braucht, bis Warmwasser verfügbar
ist, aber führt
zu Betriebs- und Investitionskosten, die im Vergleich mit den Kosten
eines ersten Warmwasserbereiters, zum Beispiel ein auf dem Dachboden
installierter, kombinierter Apparat für die Warmwasserversorgung
und Heizung der Wohnung, verhältnismäßig hoch
sind.
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Es
ist ein Ziel der Erfindung, eine Anordnung zur Warmwasserversorgung
zu Verfügung
zu stellen, in der Wasser- und
Energieverlust als Folge des Abkühlens
von Warmwasser in der Leitung nicht oder zumindest nur kaum auftritt.
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Dieses
Ziel und andere Vorteile werden mit einer Anordnung zur Warmwasserversorgung
des in der Präambel
genannten Typs erreicht, wobei gemäß der Erfindung das Speichergefäß eingerichtet
ist, um ein komprimierbares Luftvolumen zu enthalten und Steuerungsmittel
zur Verfügung
gestellt sind, die ermöglichen,
dass das Speichergefäß Warmwasser einzieht,
das nach dem Abzapfen von Wasser aus dem Abzapfpunkt noch in der
Abzapfleitung anwesend ist, und ermöglichen, dass bei Beginn eines wiederholten
Abzapfens von Wasser Warmwasser von dem Speichergefäß zu dem
Abzapfpunkt fließt, und
zum Aufrechterhalten eines komprimierbaren Gasvolumens in dem Speichergefäß.
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Wird
der Abzapfpunkt in einer Anordnung zur Warmwasserbereiturg gemäß der Erfindung
geöffnet,
wird Warmwasser unter Druck des komprimierbaren Gasvolumens aus
dem Speichergefäß gezapft,
und dieses Wasser mischt sich dann mit Kaltwasser aus der Abzapfleitung
und so fließt
gemischtes Warmwasser aus dem Abzapfpunkt. Bei einer richtigen Bemessung des
Speichergefäßes ist
die Warmwassermenge darin ausreichend, um mit der Gesamtmenge kaltem
oder abgekühltem
Wasser in der Abzapfleitung gemischt zu werden, und erreicht erhitztes
Wasser aus dem Warmwasserbereiter den Abzapfpunkt auch, bevor das
Speichergefäß völlig leer
ist. Wird der Abzapfpunkt geschlossen, wird das Speichergefäß mit Warmwasser
aus der Abzapfleitung gefüllt,
und wird die Abzapfleitung mit Kaltwasser aus einer Kaltwasserleitung
gefüllt,
so dass im Prinzip kein Warmwasser aus dem Warmwasserbereiter in
der Abzapfleitung bleibt.
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In
einer Ausführung
einer Anordnung zur Warmwasserversorgung gemäß der Erfindung ist das Speichergefäß an seiner
Unterseite mit einer mit Hilfe einer durchbohrten Rückschlagklappe
zu schließenden
Auslassöffnung
versehen, und in dieser durchbohrten Rückschlagklappe ist eine Einlassöffnung angebracht.
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In
dieser Ausführung
hat die Einlassöffnung vorzugsweise
einen kleineren Durchmesser als die Auslassöffnung.
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Noch
mehr zu bevorzugen ist es, wenn das Speichergefäß mit einem als Ausflussbegrenzer
angewendeten druckunabhängigen
Durchflussbegrenzer versehen ist.
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In
einer noch anderen Ausführung
ist die Abzapfleitung gemäß der Erfindung
durch ein wärmeisolierendes
Leitungsstück
mit das Speichergefäß verbunden.
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Festgestellt
wurde, dass die Abzapfverluste in einer Anordnung zur Warmwasserversorgung
gemäß der Erfindung
insbesondere minimiert werden, wenn das Volumen des Speichergefäßes etwa
das Zweifache des Volumens der Abzapfleitung beträgt.
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Um
zu gewährleisten,
dass am Abzapfpunkt einer Anordnung zur Warmwasserversorgung gemäß der Erfindung
Warmwasser sofort verfügbar
ist, unabhängig
vom Zeitpunkt des vorherigen Abzapfens, ist das Speichergefäß vorzugsweise
mit einem Heizelement versehen.
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In
einer Ausführung
einer Anordnung zur Warmwasserversorgung gemäß der Erfindung, in der der
Warmwasserbereiter ein Durchlauferhitzer ist, werden die Steuerungsmittel
so gewählt,
dass das Speichern von Wasser aus der Abzapfleitung in dem Speichergefäß bei einer
Fließgeschwindigkeit
geschieht, die so gering ist, dass der Brenner des an diese Abzapfleitung
angeschlossenen Durchlauferhitzers nicht aktiviert wird, und der
Durchlauferhitzer somit Kaltwasser an die Abzapfleitung liefert.
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In
einer Ausführung
einer Anordnung zur Warmwasserversorgung gemäß der Erfindung, in der der
Warmwasserbereiter einen Vorratstank umfasst, zum Beispiel einen
Elektro- oder Gasboiler, ist die Abzapfleitung mit Hilfe einer in
der Nähe
des Vorratstanks angebrachten Schaltvorrichtung unter einem bestimmten
Wasserdruck in dieser Abzapfleitung mit dem Vorratstank verbunden,
und ist die Abzapfleitung über
diesem bestimmten Wasserdruck mit einer Kaltwasserleitung verbunden.
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In
einer bevorzugten Ausführung
umfasst die Schaltvorrichtung einen Zylinder mit einer axialen Einlassöffnung zur
Kaltwasserleitung, eine laterale Einlassöffnung zu einer Leitung zum
Vorratstank, eine laterale Auslassöffnung zur Abzapfleitung und einen
in diesem Zylinder versetzbaren Schieber, wobei die laterale Auslassöffnung näher zu der
axialen Einlassöffnung
angebracht worden ist als die laterale Einlassöffnung und, abhängig von
dem Druck in der Abzapfleitung, der Schieber eine Ruhestellung zwischen
der lateralen Auslassöffnung
und der lateralen Einlassöffnung
einnimmt, wobei die Abzapfleitung mit der Kaltwasserleitung verbunden
ist, oder eine Betriebsstellung zwischen der lateralen Auslassöffnung und
der axialen Einlassöffnung
einnimmt, wobei die Abzapfleitung mit dem Vorratstank verbunden
ist.
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Die
Erfindung wird im Nachfolgenden auf Basis von Ausführungsbeispielen
und mit Bezug auf die Zeichnungen erklärt.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer ersten Ausführung einer Abzapfleitung gemäß der Erfindung,
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2 eine
Ansicht im Längsschnitt
eines Speichergefäßes für die in 1 abgebildete
Abzapfleitung,
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3 eine
schematische Ansicht einer zweiten Ausführung einer Abzapfleitung gemäß der Erfindung,
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4 eine
Ansicht im Längsschnitt
einer Schaltvorrichtung für
die in 3 abgebildete Abzapfleitung.
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In
den Zeichnungen werden übereinstimmende
Teile mit denselben Verweiszahlen angedeutet.
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1 zeigt
einen Durchlauferhitzer 1 (zum Beispiel auf dem Dachboden
eines Hauses über
einem Badezimmer), der durch eine kurze Abzapfleitung 2 mit
einem ersten Abzapfhahn 3 (zum Beispiel in diesem Badezimmer)
verbunden ist und der durch eine lange Abzapfleitung 4 mit
einem zweiten Hahn 5 (zum Beispiel in der Küche des
Hauses) verbunden ist. In der Nähe
des zweiten Abzapfhahns 5 befindet sich eine mit Hilfe
eines Leitungsstücks 41 mit
der Abzapfleitung 4 verbundene, umgekehrte Vakuumflasche 6,
mit Außenflasche 7,
Vakuumkammer 8 und Innenflasche 9, deren Öffnung 10 mit
einer durchbohrten Rückschlagklappe 11 verschlossen
wird. Die Vakuumflasche 6 sorgt auf folgende Weise für eine Einsparung
von Zapfverlusten in Abzapfleitung 4. Bei normalem Betrieb
des Systems ist die Vakuumflasche 6 zu etwa 70 % mit Warmwasser
gefüllt
(Niveau II). Über
der Wasseroberfläche
befindet sich ein komprimiertes Luftvolumen, das durch kontinuierliches Entgasen
von frisch zugeführtem
Wasser in Stand gehalten wird. Wenn der Abzapfhahn 5 geöffnet wird, sinkt
der Druck in Abzapfleitung 4 auf etwa 10 % seines ursprünglichen
Wertes, mit der Folge, dass Warmwasser von der komprimierten Luft
aus der Vakuumflasche 6 in Abzapfleitung 4 gedrückt wird,
wo es sich mit dem sich in dieser Leitung 4 befindenden Kaltwasser
mischt. Aus Abzapfhahn 5 strömt so direkt nach dem Öffnen gemischtes
Warmwasser. Das Volumen der Vakuumflasche 6 wird so gewählt, dass die
darin gespeicherte Warmwassermenge gerade ausreichend ist, um sich
mit der Kaltwassermenge in Abzapfleitung 4 zu vermischen.
Bevor Vakuumflasche 6 völlig
leer ist, ist der Druck der Luftblase ebenso groß wie der Druck in Abzapfleitung 4 und
hört das Ausfließen von
Warmwasser aus Vakuumflasche 6 auf, wobei diese Flasche
zu etwa 10 % mit Warmwasser (Niveau I) gefüllt bleibt. In dieser Situation
ist von einem Brenner 12 erhitztes Warmwasser aus Durchlauferhitzer 1 am
Abzapfhahn 5 verfügbar
geworden. Wenn Abzapfhahn 5 geschlossen wird, steigt der
Druck in Abzapfleitung 4 und wird Rückschlagklappe 11 der
Vakuumflasche 6 geschlossen. Durch die Bohrung in Rückschlagklappe 11 fließt Warmwasser
aus Abzapfleitung 4 mit einer so niedrigen Fließgeschwindigkeit
in Vakuumflasche 6, dass Brenner 12 von Durchlauferhitzer 1 ausgeschaltet wird,
und Abzapfleitung 4 füllt
sich langsam mit durch Durchlauferhitzer 1 zugeführtem Kaltwasser
aus einer Kaltwasserleitung 23. Das in die Vakuumflasche 6 fließende Wasser
steigt wieder bis auf ein Gleichgewichtsniveau II, wobei die Luftblase
bis auf einen Druck komprimiert wird, der ebenso hoch ist wie der Druck
in Abzapfleitung 4. Beim nächsten Öffnen von Abzapfhahn 5 wiederholt
sich oben beschriebener Zyklus. Eine mit einer Vakuumflasche 6 versehene Abzapfleitung 4 bietet
den Vorteil, dass aus ihr direkt beim Öffnen von Hahn 5 Warmwasser
fließt,
wodurch im Vergleich zu Abzapfleitungen ohne Vakuumflasche eine
Einsparung von sowohl Wasser als Energie erzielt wird.
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2 zeigt
die Edelstahl-Vakuumflasche 6 aus 1 mit der
nach unten gerichteten Öffnung mehr
im Detail. Vakuumflasche 6 ist gegen einen Druck von 8
Bar beständig,
dem höchst
auftretenden Druck in Abzapfleitung 4. Die Öffnung wird
mit einem Stopfen 14 geschlossen, der mit einem O-Ring 13 abgedichtet
ist und in dem sich eine Auslassöffnung 15 befindet,
die mit einer Rückschlagklappe 11 geschlossen
wird, in die eine Einlassöffnung 16 gebohrt ist,
wobei der Durchmesser der Einlassöffnung 16 kleiner
als der Durchmesser der Auslassöffnung 15 ist.
In Einlassöffnung 16 ist
ein Reinigungsstift 17 angebracht, der über bestimmte Abstände frei
beweglich ist. Um Wärmeverlust
zu vermeiden, ist die Vakuumflasche 6 durch ein mit O-Ring 18 abgedichtetes Leitungsstück 19 aus
einem wärmeisolierenden Kunststoffmaterial
mit Hilfe einer Spannmutter 20 auf dem Leitungsstück 41 mit
Abzapfleitung 4 verbunden. In Spannmutter 20 ist
ein druck-unabhängiger Durchflussbegrenzer 21 angebracht,
der für
eine konstante Ausflussgeschwindigkeit sorgt, unabhängig von
dem Druck in Vakuumflasche 6. Die Figur zeigt außerdem noch
ein in Spannmutter 20 angebrachtes Niederspannungs-Heizelement 22,
mit dessen Hilfe auch im Falle einer längeren Speicherung einer Wassermenge
in Vakuumflasche 6 diese Menge auf der richtigen Temperatur
gehalten werden kann. Um eine Wassermenge von 1,5 Liter in einer Vakuumflasche 6 mit
einem solchen Element 22, das zum Beispiel von einem 6-Volt
Steckertransformator mit getrennten Wicklungen mit Strom versorgt
wird, auf einer Temperatur von etwa 80°C zu halten, ist eine konstante
Stromzufuhr von etwa 3 Watt ausreichend, was sich einschließlich des
Eigengebrauchs des Steckertransformators auf einen Jahresverbrauch
von etwa 40 kWh beläuft.
Im Vergleich zur jährlichen
Energieeinsparung, die mit der Vakuumflasche erreicht werden kann,
ist dieser Verbrauch geringfügig.
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3 zeigt
einen Boiler 23 mit Heizelement 24 (zum Beispiel
auf dem Dachboden eines Hauses über
dem Badezimmer), der durch eine kurze Abzapfleitung 2 mit
einem ersten Abzapfhahn 3 (zum Beispiel in diesem Badezimmer)
verbunden ist und der durch eine lange Abzapfleitung 26 mit
einem zweiten Abzapfhahn 5 (zum Beispiel in der Küche des
Hauses) verbunden ist. Ähnlich
wie in der in 1 abgebildeten Situation befindet
sich in der Nähe
des zweiten Abzapfhahns 5 eine mit der Abzapfleitung 4 verbundene,
umgekehrte Vakuumflasche 6. Anders als Abzapfleitung 4 eines
Durchlauferhitzers 1 (1), ist
die Abzapfleitung 26 für
einen elektrisch oder mit Gas geheizten Boiler 24 mit einer Schaltklappe 27 verbunden,
die die Abzapfleitung 26, abhängig von dem Druck in dieser,
mit einer Leitung 28 zu Boiler 24 oder Kaltwasserleitung 23 verbindet. Das
Funktionieren der Vakuumflasche 6 wird oben bei der Erklärung von 1 erläutert und
hier wird eine Erklärung
nur wiederholt, wenn es für
ein gutes Verstehen nötig
ist. Wenn Abzapfhahn 5 geöffnet wird, sinkt der Druck
in Abzapfleitung 4, mit der Folge, dass Warmwasser von
der komprimierten Luft aus der Vakuumflasche 6 in Abzapfleitung 26 gedrückt wird,
wo es sich mit dem sich in dieser Leitung 26 befindenden
Kaltwasser mischt, und das hat zur Folge, dass die Abzapfleitung 26 durch
Schaltklappe 27 mit dem Boiler 24 verbunden wird.
Wenn Abzapfhahn 5 geschlossen wird, steigt der Druck in
Abzapfleitung 26 und wird die Rückschlagklappe 11 der Vakuumflasche 6 geschlossen.
Durch die Bohrung in Rückschlagklappe 11 fließt Warmwasser
aus Abzapfleitung 4 mit einer so niedrigen Fließgeschwindigkeit
in die Vakuumflasche 6, dass der Druck in Abzapfleitung 26 höher bleibt
als bei geöffnetem
Abzapfhahn 5, mit der Folge, dass in der Schaltklappe 27 eine
Schaltung auftritt und Abzapfleitung 26 mit Kaltwasserleitung 23 verbunden
wird, so dass Abzapfleitung 26 sich langsam mit Kaltwasser
aus dieser Kaltwasserleitung 23 füllt. Das in die Vakuumflasche 6 fließende Warmwasser
steigt wieder bis auf ein Gleichgewichtsniveau II, wobei die Luftblase
bis auf einen Druck komprimiert wird, der ebenso hoch ist wie der
Druck in Abzapfleitung 26. Beim nächsten Öffnen von Abzapfhahn 5 wiederholt
sich oben beschriebener Zyklus.
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4 zeigt
die Schaltklappe von 3 mehr im Detail in einer Ruhestellung,
wobei der Abzapfhahn 5 geschlossen ist und das Wasser in
den Leitungen 28, 26 und 23 zum Stillstand
gekommen ist. Schaltklappe 27 umfasst ein zylindrisches
Gehäuse 29 mit
einer axialen Einlassöffnung 30 zur
Kaltwasserleitung 23, eine laterale Einlassöffnung 31 zur
Boilerleitung 28, eine laterale Auslassöffnung 32 zur Abzapfleitung 26 und
einen in diesem Zylinder 27 versetzbaren Schieber 34,
wobei die laterale Auslassöffnung 32 näher zu der
axialen Einlassöffnung 30 angebracht
worden ist als die laterale Einlassöffnung 31 und, abhängig von
dem Druck in der Abzapfleitung 26, der Schieber 34 eine
Ruhestellung zwischen der lateralen Auslassöffnung 32 und der
lateralen Einlassöffnung 31 einnimmt,
wobei die Abzapfleitung 26 mit der Kaltwasserleitung 23 verbunden
ist, oder eine Betriebsstellung zwischen der lateralen Auslassöffnung 32 und
der axialen Einlassöffnung 30 einnimmt, wobei
die Abzapfleitung 26 mit der Boilerleitung 28 und
auf diese Weise mit Boiler 24 verbunden ist. Die Schaltung
geschieht mittels eines Kolbens 35, der mit dem Schieber 34 verbunden
und unter Vordruck einer Spiralfeder 33 eingeschlossen
ist. Wenn über dem
Kolben 35 ein Druckunterschied entsteht, bewegt er sich
gegen den Druck von Feder 33 nach rechts, was zur Folge
hat, dass der Schieber 34 die Kaltwasserleitung 23 schließt und die
Verbindung zwischen Boilerleitung 28 und Abzapfwasserleitung 26 frei
gibt. Der Druckunterschied entsteht als Folge einer kleinen Verengung 36 in
Auslassöffnung 32. Der
volle Druck der Kaltwasserleitung 23, der durch einen ersten
inneren Kanal 37 zugelassen wird, ist immer an der linken
Seite des Kolbens 35, und der (variable) Druck der Abzapfwasserleitung 26,
der durch einen zweiten inneren Kanal 38 zugelassen wird,
ist immer an der rechten Seite des Kolbens 35. Bei einer
geringen Strömung
durch Schaltklappe 27 sind die auftretenden Druckunterschiede
zu gering, um den Kolben 35 sich gegen den Druck von Feder 33 nach
rechts bewegen zu lassen. Ein kleiner Druckunterschied entsteht,
wenn Abzapfhahn 5 nach Abzapfen von Warmwasser wieder geschlossen
wird und Vakuumflasche 6 sich langsam wieder füllt. In dieser
Situation fließt
Kaltwasser aus der Kaltwasserleitung 23 durch die Schaltklappe 27 in
die Abzapfleitung 26.
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Es
ist zu bemerken, dass die hier beschriebenen Ausführungen
dazu dienen, die Erfindung zu erläutern, nicht um sie zu beschränken.
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In
den Rahmen der beigefügten
Ansprüche fallen
zum Beispiel Ausführungen,
bei denen die beschriebene Schaltklappe nicht mit Hilfe eines Zylinders
mit Kolben-Schieber-Kombination
geschaffen wird, sondern mit Hilfe einer Membrane mit einer Pendelklappe,
zum Beispiel in einem bestehenden Gussteil eines Reduzierventils.